影响臭氧浓度分布的因素

馈机制使得臭氧大量分解。

为了说明问题,引入两个概念:

「氯贮存物质」进入平流层的物质中有少量的甲烷(CH4)和二氧化氮(NO2),它们与氟里昂在紫外辐射作用下释放出的氯原子作用分别产生氢氯酸(HCl)和硝酸氯(ClONO2),这些物质化学性质不活泼,一般情况下不会释放出氯原子,称为「氯贮存物质」。

「极地平流层云」平流层空气极为干燥,相对湿度只有1%左右,几乎没有云、雨等天气现象,但是在漫长的极地冬夜期间,仍会因严寒形成极地平流层云。冬季极地气温下降至-83℃以下,水汽就会附着在平流层中三水硝酸(NHO3·3H2O)的颗粒表面,凝结成冰粒。 大大小小的冰粒和三水硝酸颗粒是极地平流层云的主要成份。由于气温的关系,以三水硝酸颗粒为主的极地平流层云在南极最为普遍。

极地平流层云不仅把氯贮存物质吸收到颗粒的界面上,并且产生化学反应,释放氯气:ClONO2+HCl→Cl2+HNO3。一旦9月来临,南极春季阳光普照,在短短几个小时内,活泼的氯气被分解成两个氯原子:Cl2+hv→Cl+Cl。一个释放出的氯原子,用数个月的时间通过催化反应,就可以使10万个臭氧分子消失。首先,氯与臭氧反应,生成氧化氯自由基:Cl+O3 →ClO+O2,自由基ClO非常活泼,与同样活泼的氧原子反应,生成氯和稳定的氧分子:ClO+O→Cl+O2。释放出的氯原子又和臭氧产生反应,因此,氯原子一方面不断消耗臭氧,另一方面却又能在反应中不断再生,形成催化反应。

由于极地涡旋风速强劲,涡旋内部的空气与外部大气完全隔离,从低纬地区吹来的风,虽然向南极输送大量温暖富含臭氧的空气,也无法进入涡旋内部,使气温上升,因此,涡旋内部气温在极夜状态只降不升,迅速达到极地平流层云的形成条件,臭氧分解。

臭氧一旦分解,停止吸收紫外线,涡旋内部空气也就失去加热的热源,气温进一步下降,极地平流层云得到发展,同时强化了极地涡旋,使它保持稳定状态。

极地平流层云与极地涡旋的相互作用使双方得到加强,科学家把这种相互作用称为正反馈机制,使南极臭氧含量在每年大约10月达到最低点,之后,随着温度回升,涡旋瓦解,极地平流层云也随之消融,南极臭氧量逐渐升高。

大气动力作用对臭氧浓度的影响在不同的区域有着不同的形式。

4.赤道地区气流强烈上升,对流层顶较高,低层空气的上升稀释了对流层顶层的臭氧,使得赤道上空臭氧的浓度较低。

在青藏高原地区,上对流层平流作用把副热带低臭氧浓度空气输送到较高纬度上空,从而引起当地臭氧总量很快减少。在200百帕高度上,青藏高原上空副热带西风急流北抬至北纬40度,致使高原上空对流层顶抬升,强大的西南气流把热带对流层低浓度臭氧空气向青藏高原上空输送,最终导致青藏高原上空臭氧总量大幅度降低。全球范围内许多类似的高原、山地,例如美国的落基山脉、南美的安第斯山脉也由于大气环流产生巨大的动力,导致上空存在不同程度的臭氧亏损。

青藏高原地面在夏季对大气加热最强,十八公里以下大气中,垂直向上的物质输送作用很强,而将臭氧含量较少的低层空气带向高空,冲淡高空臭氧含量。热力作用与动力作用的叠加使青藏高原上空夏季的臭氧浓度明显偏低。

三.氟里昂导致大气中臭氧的含量总体减少

氟里昂于30年代开发出来。属于氯氟烃化合物(CFCs),氟里昂是它的商品名称。它不易燃烧,不具腐蚀性,无毒,性能稳定,价格便宜,作为一种工业用化学物质,被广泛使用在各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等噴雾剂,以及泡沫塑料PU、PS、PE的发泡剂等等。从20世纪的30年代初到90年代的五六十年中,人类总共生产了1500万吨氯氟烃。

在对氟里昂实行控制之前,全世界向大气中排放的氟里昂已达到了2000万吨。由于它

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